Isolation, Identification and Characterization of the Algicidal Micromycete Penicillium chrysogenum SR–1.3

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

A novel strain SR–1.3 with algicidal properties and the ability to remove microcystin-LR was isolated from the water of Lake Sestroretskij Razliv during the active cyanobacteria vegetation. Based on the morphological and cultural characteristics and the results of sequencing of the ITS DNA region strain SR–1.3 was identified as Penicillium chrysogenum. The SR–1.3 strain exhibited algicidal activity against cyanobacteria and green algae. A dose-dependent and species-specific nature of the algicidal action of the P. chrysogenum SR–1.3 strain has been established. Cyanobacteria showed the highest sensitivity to strain SR–1.3. The complete lysis (100%) of cyanobacteria cells was observed when 10% (vol.) of the culture liquid or the micromycete filtrate were added to the medium. The algicidal effect of strain SR–1.3 on green algae was 30–70%, depending on the culture. According to the level of sensitivity to the algicidal effect SR–1.3, the test cultures can be arranged in the series Planktothrix agardhii > Microcystis aeruginosa > Aphanizomenon flos-aquae = Anabaena cylindrica > Scenedesmus quadricauda > Oocystis parva. The inhibitory effect of the strain SR-1.3 mycelium on the cyanobacteria and green algae growth did not exceed 3–6%. Based on the obtained results a conclusion was made about the indirect mechanism of the algicidal action of P. chrysogenum SR–1.3 by excretion into the medium of metabolites that inhibit and/or lyse cells of cyanobacteria and green algae. When toxigenic strains of M. aeruginosa and P. agardhii were cultivated on a medium containing exometabolites of strain SR–1.3, the concentrations of microcystins in the medium decreased by 3.3 and 1.8 times, respectively, compared with control variants. The ability of P. chrysogenum SR–1.3 to remove highly toxic microcystin-LR from the cultivation medium was revealed. The MC-LR content was found to decrease from 1.2 μg/ml to 0.79 μg/ml over 48 hours during the cultivation of strain SR–1.3 on medium with microcystin.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

N. Medvedeva

St. Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences, Scientific Research Centre for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: ngmedvedeva@gmail.com
Rússia, St. Petersburg

T. Zaytseva

St. Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences, Scientific Research Centre for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences

Email: ngmedvedeva@gmail.com
Rússia, St. Petersburg

I. Kuzikova

St. Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences, Scientific Research Centre for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences

Email: ngmedvedeva@gmail.com
Rússia, St. Petersburg

O. Timofeeva

St. Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences, Scientific Research Centre for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences

Email: ngmedvedeva@gmail.com
Rússia, St. Petersburg

I. Chernov

St. Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences, Scientific Research Centre for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences

Email: ngmedvedeva@gmail.com
Rússia, St. Petersburg

Bibliografia

  1. Воякина Е.Ю., Русских Я.В., Чернова Е.Н., Жаковская З.А. 2020. Токсичные цианобактерии и их метаболиты в водоемах Северо-Запада России // Теоретическая и прикладная экология. Т. 1. С. 124.
  2. Зайцева Т.Б., Медведева Н.Г. 2022. Влияние биогенных элементов на рост нитчатых цианобактерий — возбудителей “цветения” воды — и синтез ими метаболитов // Биология внутр. вод. № 3. С. 290. https://doi.org/10.31857/S0320965222030196
  3. Медведева Н.Г., Зайцева Т.Б., Кузикова И.Л., Чернова Е.Н. 2023. Биодеструкция микроцистина–LR автохтонной микробиотой разнотипных водных объектов Северо-Запада России // Изв. РАН. Серия биол. № 3. С. 687. https://doi.org/10.31857/S1026347022600820
  4. Chernova E., Russkikh I., Voyakina E., Zhakovskaya Z. 2016. Occurrence of microcystins and anatoxin-a in eutrophic lakes of Saint Petersburg, Northwestern Russia // Oceanol. Hydrobiol. V. 45. № 4. https://doi.org/10.1515/ohs-2016-0040
  5. Chorus I., Bartram J. 1999. Toxic cyanobacteria: a guide to their public health consequences monitoring and management. London: CRC Press.
  6. Christoffersen K., Lyck S., Winding A. 2002. Microbial activity and bacterial community structure during degradation of microcystins // Aquat. Microb. Ecol. V. 27. № 2. P. 125. https://doi.org/10.3354/ame027125
  7. Cyanobacterial toxins: microcystins. 2020. Background document for development of WHO Guidelines for drinking-water quality and Guidelines for safe recreational water environments. Geneva: World Health Organization 2020 (WHO/HEP/ECH/WSH/2020.6). Licence: CC BY-NCSA 3.0 IGO.
  8. Dai W., Chen X., Wang X. et al. 2018. The Algicidal fungus Trametes versicolor F21a eliminating blue algae via genes encoding degradation enzymes and metabolic pathways revealed by transcriptomic analysis // Front Microbiol. V. 9. P. 826. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.00826
  9. Dziga D., Maksylewicz A., Maroszek M. et al. 2017. The biodegradation of microcystins in temperate freshwater bodies with previous cyanobacterial history // Ecotoxicol. Environ. Saf. V. 145. P. 420. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.07.046
  10. Esterhuizen-Londt M., Hertel S., Pflugmacher S. 2017. Uptake and biotransformation of pure commercial microcystin-LR versus microcystin-LR from a natural cyanobacterial bloom extract in the aquatic fungus Mucor hiemalis // Biotechnol. Lett. V. 39. № 10. P. 1537. https://doi.org/10.1007/s10529-017-2378-2
  11. Jeffrey S.W., Humprhråy G.E. 1975. New spectrophotometric equations for determining chlorophylls a, b, c1 and c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton // Biochim. and Physiol. Pflanz. Bd. V. 167. № 2. P. 191. https://doi.org/10.1016/s0015-3796(17)30778-3
  12. Jia Y., Du, J., Song F. et al. 2012. A fungus capable of degrading microcystin-LR in the algal culture of Microcystis aeruginosa PCC7806 // Appl. Biochem. Biotechnol. V. 166. № 4. P. 987. https://doi.org/10.1007/s12010-011-9486-6
  13. Jia Y., Han G., Wang C. et al. 2010. The efficacy and mechanisms of fungal suppression of freshwater harmful algal bloom species // J. Hazard. Mater. V. 183. № 1–3. P. 176. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.07.009
  14. Jia Y., Wang C., Zhao G. et al. 2011. The possibility of using cyanobacterial bloom materials as a medium for white rot fungi // Lett. Appl. Microbiol. V. 54. № 2. P. 96. https://doi.org/10.1111/j.1472-765x.2011.03178.x
  15. Han G., Feng X., Jia Y. et al. 2011. Isolation and evaluation of terrestrial fungi with algicidal ability from Zijin Mountain, Nanjing, China // J. Microbiol. V. 49. № 4. P. 562. https://doi.org/10.1007/s12275-011-0496-4
  16. Han G., Ma H., Ren S. et al. 2020. Insights into the mechanism of cyanobacteria removal by the algicidal fungi Bjerkandera adusta and Trametes versicolor // Microbiol. Open. https://doi.org/10.1002/mbo3.1042
  17. Han S., Zhou Q., Lilje O. et al. 2021. Inhibition mechanism of Penicillium chrysogenum on Microcystis aeruginosa in aquaculture water // J. Clean. Prod. V. 299. Article 126829. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126829
  18. Kong Y., Wang Y., Miao L. et al. 2022. Recent Advances in the Research on the Anticyanobacterial Effects and Biodegradation Mechanisms of Microcystis aeruginosa with Microorganisms // Microorganisms. V. 10. Article 1136. https://doi.org/10.3390/microorganisms10061136
  19. Koreivienė J., Belous O., Kasperovičienė J. 2013. Variations of microcystins in freshwater ecosystems // Bot. Lith. V. 19(2). P. 139. https://doi.org/10.2478/botlit-2013-0017
  20. Kumar S., Stecher G., Li M. et al. 2018. MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms // Mol. Biol. Evol. V. 35. № 6. P. 1547. https:///
  21. Kuzikova I., Safronova V., Zaytseva T., Medvedeva N. 2017. Fate and effects of nonylphenol in the filamentous fungus Penicillium expansum isolated from the bottom sediments of the Gulf of Finland // J. Mar. Syst. V. 171. P. 111 https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2016.06.003
  22. Kuzikova I., Zaytseva T., Chernova E. et al. 2023. Algicidal activity and microcystin-LR destruction by a novel strain Penicillium sp. GF3 isolated from the Gulf of Finland (Baltic Sea) // Toxins. V. 15. P. 607. https://doi.org/10.3390/ toxins15100607
  23. Lezcano M.Á., Quesada A., El-Shehawy R. 2018. Seasonal dynamics of microcystin-degrading bacteria and toxic cyanobacterial blooms: interaction and influence of abiotic factors // Harmful Algae. V. 71. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.hal.2017.11.002
  24. Li J., Li R., Li J. 2017. Current research scenario for microcystins biodegradation — a review on fundamental knowledge, application prospects and challenges // Sci. Total Environ. V. 595. P. 615. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.03.285
  25. Massey I.Y., Yang F.A. 2020. Mini review on microcystins and bacterial degradation // Toxins. V. 12(4). P. 268. https://doi.org/10.3390/toxins12040268
  26. Medvedeva N.G., Kuzikova I.L. 2021. Microcystin-LR degradation by indigenous bacterial community of Rybinsk reservoir // IOP Conference Ser. “Earth and Environmental Science”. V. 834. № 1. Article 012066. https://doi.org/10.1088/1755-1315/834/1/012066
  27. Mohamed Z.A., Alamri S., Hashem M., Mostafa Y. 2020. Growth inhibition of Microcystis aeruginosa and adsorption of microcystin toxin by the yeast Aureobasidium pullulans, with no effect on microalgae // Environ. Sci. Pollut. Res. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09902-x
  28. Mohamed Z.A., Hashem M., Alamri S.A. 2014. Growth inhibition of the cyanobacterium Microcystis aeruginosa and degradation of its microcystin toxins by the fungus Trichoderma citrinoviride // Toxicon. V. 86. P. 51. https://doi.org/10.1016/j.toxicon.2014.05.008
  29. Mohamed Z.A., Hashem M., Alamri S. et al. 2021. Fungal biodegradation and removal of cyanobacteria and microcystins: potential applications and research needs // Environ. Sci. Pollut. Res. V. 28. № 28. P. 37041. https://doi.org/10.1007/s11356-021-14623-w
  30. Rastogi R.P., Sinha R.P., Incharoensakdi A. 2014. The cyanotoxin-microcystins: current overview // Rev. Environ. Sci. Biotechnol. V. 13. P. 215. https://doi.org/10.1007/s11157-014-9334-6
  31. Redhead K., Wright S.J. 1978. Isolation and properties of fungi that lyse blue-green algae // Appl. Environ. Microbiol. V. 35. № 35. P. 962. https://doi.org/10.1128/AEM.35.5.962-969.1978
  32. Sutton D.A., Fothergill A.W., Rinaldi M.G. 1998. Guide to clinically significant fungi. Baltimore: Williams & Wilkins.
  33. Wang Q., Su M., Zhu W. et al. 2010. Growth inhibition of Microcystis aeruginosa by white-rot fungus Lopharia spadicea // Water Sci. Technol. V. 62. № 2. P. 317. https://doi.org/10.2166/wst.2010.214
  34. Zeng G., Gao P., Wang J. et al. 2020. Algicidal Molecular Mechanism and Toxicological Degradation of Microcystis aeruginosa by White-Rot Fungi // Toxins. V. 12(6). P. 406. https://doi.org/10.3390/toxins12060406
  35. Zeng G., Wang P., Wang Y. 2015. Algicidal efficiency and mechanism of Phanerochaete chrysosporium against harmful algal bloom species // Algal Res. V. 12. P. 182. https://doi.org/10.1016/j.algal.2015.08.019
  36. Zhang Y., Xie H.F. 2012. Study on biodegradation of microcystin-LR by white-rot fungus S. commune // Environ. Pollut. Control J. V. 34. P. 56.
  37. Zhou C., Chen H., Zhao H., Wan Q. 2021. Microcystin biosynthesis and toxic effects // Algal. Res. V. 55. Article 102277. https://doi.org/10.1016/j.algal.2021.102277

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Phylogenetic tree for the strain Penicillium chrysogenum SR–1.3, constructed on the basis of sequences of ITS region using the Maximum Likelihood method.

Baixar (495KB)
Metadados
3. Fig. 2. Algicidal effect of strain SR–1.3 on test cultures after 48 hours of cultivation. Here and in Fig. 3, 1 – Microcystis aeruginosa; 2 – Planktothrix agardhii; 3 – Aphanizomenon flos-aquae; 4 – Anabaena cylindrica; 5 – Oocystis parva; 6 – Scenedesmus quadricauda. Here and further, the results are presented as M ± SD of three independent biological repeats.

Baixar (89KB)
Metadados
4. Fig. 3. Effect of SR–1.3 strain filtrate (0.5; 1.0; 5.0 and 10.0% by volume) on test cultures (1-6) after 96 hours of cultivation.

Baixar (78KB)
Metadados
5. Fig. 4. The effect of the SR–1.3 strain filtrate on the growth of test cultures: a — Microcystis aeruginosa; b — Planktothrix agardhii; c — Aphanizomenon flos-aquae; d — Anabaena cylindrica; d — Oocystis parva; e — Scenedesmus quadricauda. 1 – Control 1; 2 – Control 2; 3 – 0.5% volume; 4 – 1.0%; 5 – 5.0%; 6 – 10.0%.

Baixar (401KB)
Metadados
6. Fig. 5. The effect of the SR–1.3 strain filtrate on the content of microcystins, ng/ml (ordinate axis) in the cultivation media of Microcystis aeruginosa 973 (a) and Planktothrix agardhii 1113 (b). 1 – MC-LR, 2– dm-MC-LR, 3– dm-MC-RR.

Baixar (137KB)
Metadados
7. Fig. 6. Changes in the concentration of MC-LR in the culture medium of Penicillum chrysogenum SR–1.3. 1 – abiotic control; 2 – mycelium of strain SR–1.3; 3 – growth of strain SR–1.3 on Chapek medium; 4 – growth of strain SR–1.3 on Chapek medium with 1.2 mcg/ml MC-LR.

Baixar (102KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © The Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».